Лабораторная работа по физике «Определение импульса тела» (10 класс)

                                                       Определение импульса тела.

Цель работы: определить импульс тела, сравнить импульс системы тел до столкновения и после столкновения.

Оборудование: наклонная плоскость, полоса бумаги, линейка, монеты разного достоинства.

Описание работы.

В специальных измерениях им­пульса тела нет необходимости, если известны его масса и скорость. В этом случае импульс находится как их произведение. Однако в физике довольно часто встречаются случаи, когда прямые измерения массы и ско­рости тела оказываются затрудненными или невозможными, но сведения о них можно получить на основании измерений импульса тела. Такая ситуация характерна для многих экспериментов в области ядерной физики и физики элементарных частиц, в которых обнаруживаются новые частицы с неизвестной массой. Измерив, импульс и кинетическую энергию частицы, можно определить затем ее массу и скорость.

Измерение импульса тела с известной массой, движущегося с известной скоростью, возможно на основании закона сохранения импульса.

В данной работе исследуется суммарный импульс системы из двух монет до и после их соударения. При этом импульсы сравниваются векторно в случае нецентрального удара. Для этой цели одна из монет соскальзывает с наклонной плоскости и затем сталкивается с неподвижной монетой. Так как массы монет известны, то для определения их импуль­сов нужно определить их скорости. Они вычисляются по длине тормозно­го пути и измеренному коэффициен­ту трения монеты о бумагу.

Предоставим монете возможность после соскальзывания с наклонной плоскости двигаться по бумаге на го­ризонтальной поверхности стола до остановки. Измерим тормозной путь, пройденный монетой по горизонталь­ной поверхности от точки А — поло­жения центра монеты в начале пу­ти — до точки остановки В (рис. 1). Как легко доказать, скорость монеты в точке А равна (1)



Рис.1. Рис.2.

Если поверхность наклонной и горизонтальной плоскости выполне­ны из одного и того же материа­ла, то им соответствует один и тот же коэффициент трения:
(2)
Для вывода этой формулы воспользуйтесь рисунками 1 и 2.
На основе этих данных можно найти значение модуля импульса мо­неты р до столкновения. Так как вторая монета до стол­кновения находится в покое, импульс первой монеты до столкновения ра­вен импульсу системы из двух монет после столкновения: р=р1+р2. (3)


 

Ход работы.

1. Положите на наклонную плоскость полосу бумаги, таким обра­зом, чтобы часть ее длиной 25—30 см находилась на горизонтальной поверхности стола.
Монета, положенная на поверх­ность бумажной полосы на наклон­ной плоскости, должна плавно со­скальзывать по ней и двигаться по горизонтальной поверхности до ос­тановки. Подберите такие угол наклона плоскости и начальное по­ложение запуска монеты, чтобы путь монеты на горизонтальной поверх­ности составлял 15—25 см.

Отметьте начальное положение монеты, на наклонной плоскости и ее конечное положение на горизонталь­
ной плоскости. Проведите на горизонтально расположенном участке бумажной полосы прямую, по кото­рой двигался центр диска монеты. Отметьте положение центра моне­ты в начале горизонтального участка пути (точка А) и в его конце (точка В). Измерьте тормозной путь s = AB (отрезок АВ) (рис.3).

Измерьте длину катетов h иl.По формуле (2) определите ко­эффициент трения монеты о бумагу.
Найдите среднее значение коэффициента трения и погрешность.

Зная коэффициент трения, опре­делите скорость монеты в точке А по формуле =(4)




Рис.3. Рис.4.

Телом массой m1, может служить массивная монета достоинством 50 р. (6,0 + 0,3 г), 20 р. (5,2 ±0,3 г) или 5 р. (4,0 ±0,3 г); телом меньшей массы m2— 1 р. (3,0±0,3 г).
4. Поставьте на пути движения первой монеты вторую таким обра­зом, чтобы столкновение произошло
в тот момент, когда центр диска первой монеты проходит через точ­ку А. Удар должен быть нецентральным (см. рис. 3).
Отметьте начальное положение центра диска второй монеты (точка С на рис. 3). Запустите первую мо­нету с того же места на наклонной плоскости, как и в первом опыте. Отметьте конечное положение центров дисков первой (точка Е) и второй (точка D) монет (см. рис.3). Соедините точки А и Е отрезком АЕ, точки С и D отрезком CD. Измерьте расстояния S1 И S2.

По известным значениям масс монет тормозных путей и коэффициента трения вычислите значения скоростей монет 1 и2 и модулей р, р1 и р2 их импульсов.

Отложите на прямых, проходящих через точки А и В, А и Е, С и D отрезки, пропорциональные модулям импульсов монет. Постройте векторы р, р1, р2 (рис. 4). Проверьте, выполняется ли условие р=р1+р2.